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菲在粘性土中垂向迁移规律的试验研究

王晶晶  
【摘要】: 随着经济的发展,人民生活水平的提高和城市人口的急剧增加,我国城市垃圾产量大幅增长,年增长幅度达到了10%以上,超过了世界平均增长速度。从我国的国情来看,未来很长一段时间内卫生填埋是处置垃圾的主要方式。垃圾填埋场作为固体废弃物的最终归宿地,渗流液不可避免的含有多环芳烃污染物,如果得不到有效的隔离控制,释放出来后会通过多种途径进入到土壤和水体等环境介质中去。多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)具有高脂溶性和相对低的水溶性,为持久性有机污染物中的一类,由于高毒性、低流动性和难降解性使其在环境保护领域备受关注。石油燃料燃烧、机动车、垃圾焚烧、精炼油、焦炭和沥青生产以及铝的生产等人类活动产生的大量PAHs,在环境中广泛分布。 菲(Phenanthrene, PHEs)是美国EPA优先控制名单中的16种PAHs中的一种,在城市垃圾渗滤液中含量很高,能对人的呼吸道和皮肤有毒害作用,菲环结构与多环芳烃的致癌性有着密切的关系。本文选取菲为研究对象,通过批量吸附实验和土柱淋滤实验,并对菲的穿透曲线应用CXTFIT2.0软件进行数值模拟,研究菲在粉质粘土垂向迁移的机理,确定粉质粘土对菲的截污能力,为垃圾填埋场防渗垫层的设计提供依据。实验研究表明:1、粉质粘土对菲的吸附以表面吸附为主,由于土样中有机质含量较少,分配作用不占据主导位置,只起到一定的辅助作用。通过吸附动力学实验得到粉质粘土对菲的吸附平衡时间为9h,吸附具有明显的阶段性。菲的等温吸附曲线符合Freundlich模型,菲的土一水分配系数(Kd)为0.01,有机碳和水之间的分配系数(Koc)为14.29。 2、增加粉质粘土中胡敏酸含量能有效促进菲的吸附,比例为5%时,吸附率达到98.3%,为最优添加比例。菲的最大吸附量与土体的颗粒大小成反比,与土体的粘粒含量、比表面积呈正比。粉质粘土和粘土对菲都具有很好的吸附效果,差异性不大。pH=7.42时,粉质粘土对菲的吸附作用最弱,改变环境的酸碱度可以增大对菲的吸附量。增加环境碱度作用更为明显。可以根据以上结论优化设计垃圾卫生填埋场的粘性土防渗垫层。 3、淋滤土柱水流流速小,粉质粘土中不可动水量较高,作为保守溶质的Cl-迁移过程中存在一定程度的物理非平衡,同时分子扩散对示踪离子Cl-迁移的驱动作用不能忽略,从而导致通过Cl-的BTC求得弥散系数表征土柱中孔隙介质与流场性质具有一定的不准确性。 4、菲在淋滤实验中淋出率仅为0.048‰,对菲的截污容量大于1.46g/kg,表明粉质粘土对菲具有很强的截污能力。实际淋滤过程中粉质粘土对菲的阻滞因子小于批量实验下获得理论值。菲在粉质粘土柱中的垂向迁移是一个化学非平衡的过程,应用CXTFTIT软件中的两点模型能够对菲的穿透曲线较好的拟合,拟合的相关系数不是很高是由于通过示踪实验获得的表征土柱中孔隙介质与流场的性质的弥散系数精度不够及实验数据本身的有限性和离散性。


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